一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法与流程

本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法。
背景技术：
：综合管廊是城市的特殊基础设施，直接为社会提供水、电、气等产品和服务。就综合管廊的总体特点而言，它本质上是一个向公众提供服务的城市基础设施。具备一定的垄断性，具有减少道路开挖、改善景观、避免城市交通拥堵等外部环境效益。但是，由于综合管廊可容纳的管道数量有限，且综合管廊的建设成本极高，综合管廊建成后短时间内不可能拆除和重建。且综合管廊不能容纳更多的管道，因此未来的管道不能包含在管廊中。因此，综合管廊的合理规划对于满足所需管道、减少道路开挖、改善景观、避免城市交通堵塞具有重要意义。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法，通过建立决策矩阵，并进行标准化分析和评估的方式，能够提升管廊评估的全面性。具体的，本实施例提出的一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法，包括：步骤一，构建包括管道类型指标、地质条件指标、环境效益指标、首期工程造价指标以及维修和运行费用指标在内的综合管廊评价指标体系；步骤二，对评价指标体系应用组合权重法确定综合管廊评价指标权重；步骤三，基于评价指标权重使用雷达图法对综合管廊的综合效益进行评估。可选的，所述构建包括管道类型指标、地质条件指标、环境效益指标、首期工程造价指标以及维修和运行费用指标在内的综合管廊评价指标体系，包括：管道类型指标i1，表示管道类型对综合管廊评价的影响，管道类型包括电力、通信、供水、排水、供热和燃气管道；地质条件指标i2，表示地质条件对综合管廊评价的影响；环境效益指标i3，表示环境效益对综合管廊评价的影响，该指标表示市政管线及各种市政直埋管线接入综合管廊后，改善道路的完整性和美观程度；首期工程造价指标i4，表示市政管线的类型、数量、直径直接受到首期工程造价预算的影响；维修和运行费用指标i5，用于评价综合管廊方案改造和维护成本。可选的，在执行步骤一后，所述综合管廊评估方法还包括对综合管廊评价指标体系进行标准化处理；所述标准化处理包括构建综合管廊的综合评价矩阵，综合管廊的综合评价矩阵表示为将综合评价矩阵i转化为标准化评价矩阵：式中：和分别表示指标j的最小值和最大值，φ1表示效益型指标集合，φ2表示成本型指标集合，φ1＝{1,2,3}，φ2＝{4,5}。可选的，所述对评价指标体系应用组合权重法确定综合管廊评价指标权重，包括：定义综合管廊评价指标顺序为η1＞η2＞...＞ηn，其中ηi＞ηj，1≤i,j≤m，表示ηi的重要性不低于ηj，ηj和ηj-1的相对重要性表示为：得到基于序相关性分析方法的指标权重如下：式中：定义综合管廊施工方案评价指标的熵和熵权分别定义为：式中：λ＝1/lnn；如果fijlnfij＝0，则fij＝0；利用皮尔逊相关系数来确定指标之间的内在相关性，指标xth和yth之间的皮尔逊相关系数定义为：式中：和分别是矩阵i′x和i′y的平均值；矩阵i′x＝(i′1x,i′2x,...,i′nx)t，i′y＝(i′1y,i′2y,...,i′ny)t；基于相关系数法的指标权重为：式中：采用最小偏差法确定指标的组合权重：s.t.wj≥0式中wj为采用最小偏差法优化下的指标jth的组合权重。可选的，所述基于评价指标权重使用雷达图法对综合管廊的综合效益进行评估，包括：在确定每个指标的组合权重后，通过雷达图法获得综合评价结果，确定每个指标的独立权重和指标之间的相互影响；封闭多边形的面积表示雷达图的综合有效性，面积越大，表示综合管廊评价越好；指标的平衡性通过多边形的周长来测量，周长越短，施工方案就越好，综合管廊的综合评价值可定义为：式中：分子和分母分别是多边形的面积和周长，是建设综合管廊的第i个方案重新排列的第j个指数值，vi是建设综合管廊的第i个方案的综合评价值，w′i为弧度值。可选的，所述雷达图法的绘制步骤包括：1)按权重值的降序重新排列各指标，重新排列的指标的权重表示为向量；2)绘制单位圆，并从圆心中引出射线，射线与圆的交叉点表示为p1,p2,…,pm，单位圆被划分为m个扇区，第i个扇区的中心角是2πw′i；3)制作每个扇区的角平分线，并根据指标值在角平分线中标记相应的m个点q1,q2,…,qm；4)依次连接点p1，q1，p2，q2，...，pm，qm，即获得雷达图。本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过在评价过程中引入组合权重以及雷达图法，基于专家经验的主观权重，并兼顾数据本身的特点，提升了评估的全面性。附图说明为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提出的一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法的流程示意图；图2为本申请实施例提出的综合效益评估的雷达图。具体实施方式为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。实施例一本实施例提出的一种基于组合权重和雷达图法的综合管廊评估方法，包括：步骤一，构建包括管道类型指标、地质条件指标、环境效益指标、首期工程造价指标以及维修和运行费用指标在内的综合管廊评价指标体系；步骤二，对评价指标体系应用组合权重法确定综合管廊评价指标权重；步骤三，基于评价指标权重使用雷达图法对综合管廊的综合效益进行评估。在实施中，为了全面评价综合管廊施工方案，本发明分别提出了考虑管线类型数量、地质条件、环境效益、一次施工成本、改造维护成本等5项指标。然后，建立决策矩阵，并进行标准化分析和评估。步骤一提出的构建包括管道类型指标、地质条件指标、环境效益指标、首期工程造价指标以及维修和运行费用指标在内的综合管廊评价指标体系，具体包括：管道类型指标i1，表示管道类型对综合管廊评价的影响，管道类型包括电力、通信、供水、排水、供热和燃气管道；各种市政管道是综合管廊系统的核心，管道类型综合管廊数量越多，综合管廊施工方案越好。管道类型可以是电力、通信、供水、排水、供热和燃气管道。因此，考虑管道类型的数量，用指标i1表示管道类型对综合管廊评价的影响。如果包含五种或更多类型的管线，则i1,i＝10；如果包含四种类型的管线，则i1,i＝6；如果包含三种类型的管线，则i1,i＝4；如果包含两种或两种以下类型的管线，则i1,i＝0，其中下标i表示第i个综合管廊建设方案。地质条件指标i2，表示地质条件对综合管廊评价的影响；地质条件对施工质量难度水平影响较大。地质条件越稳定，综合管廊的建设就越适宜。这也意味着地质条件越好，综合管廊的建设方案越好。因此，考虑管道类型的数量，用指标i2表示地质条件对综合管廊评价的影响。如果地下没有填海区或地下岩溶区，则i2,i＝10；如果地下有填海区，则i2,i＝8；如果地下有地下岩溶区，则i2,i＝6；如果地下既有填海区又有地下岩溶区，则i2,i＝0，其中下标i表示第i个综合管廊建设方案。环境效益指标i3，表示环境效益对综合管廊评价的影响，该指标表示市政管线及各种市政直埋管线接入综合管廊后，改善道路的完整性和美观程度；市政管线及各种市政直埋管线接入综合管廊后，可改善道路的完整性和美观性。考虑管道类型的数量，用指标i3表示环境效益对综合管廊评价的影响。因此，指标i3可确定为：地下包含110kv及以下电压等级的电力电缆，则i3,i＝10；地下包含35kv电压等级的电力电缆，则i3,i＝6；35kv及以上电压等级电力电缆都不在地下，则i3,i＝0。首期工程造价指标i4，表示市政管线的类型、数量、直径直接受到首期工程造价预算的影响；市政管线的类型、数量、直径直接受到首期工程造价预算的影响。假定市政管线的类型、数量和直径都已确定，那么成本越低，施工方案越好。因此，综合考虑首期工程造价的指标i4可用于综合管廊施工方案的评价。维修和运行费用指标i5，用于评价综合管廊方案改造和维护成本。综合管廊的运营和可持续发展也受到维修和运行费用的影响。成本越低，则综合管廊方案越好。因此，考虑到改造和维护成本的指标i5也可用于评价综合管廊方案。可选的，在执行步骤一后，所述综合管廊评估方法还包括对综合管廊评价指标体系进行标准化处理；所述标准化处理包括构建综合管廊的综合评价矩阵，综合管廊的综合评价矩阵表示为将综合评价矩阵i转化为标准化评价矩阵：式中：和分别表示指标j的最小值和最大值，φ1表示效益型指标集合，φ2表示成本型指标集合，φ1＝{1,2,3}，φ2＝{4,5}。综合管廊的综合评价矩阵可以表示为这些指标具有不同的单位，可分为效益型和成本型两类。因此，应首先进行标准化，将i转化为标准化评价矩阵。可选的，步骤二提出的应用组合权重法确定综合管廊评价指标权重，具体包括：基于序相关性分析的权重法：基于序相关性分析权重法是一种有效的主观权重法，利用专家的经验对其重要性进行分类，确定各项指标的权重。这里将专家给出的综合管廊评价指标顺序作为综合管廊评价指标顺序，定义综合管廊评价指标顺序为η1＞η2＞...＞ηn，其中ηi＞ηj，1≤i,j≤m，表示ηi的重要性不低于ηj，ηj和ηj-1的相对重要性表示为：得到基于序相关性分析方法的指标权重如下：式中：熵权法：在信息学中，熵用来表征系统和数据的无序程度和分散程度。指标的信息熵越大，在综合评价中提供的信息就越少，相应的权重也就越小。反之，信息熵越小，权重越大。因此定义综合管廊施工方案评价指标的熵和熵权分别定义为：式中：λ＝1/lnn；如果fijlnfij＝0，则fij＝0；相关系数法：在统计学理论中，皮尔逊相关系数用于测量两个变量之间的相关性，因此本发明利用皮尔逊相关系数来确定指标之间的内在相关性，指标xth和yth之间的皮尔逊相关系数定义为：式中：和分别是矩阵i′x和i′y的平均值；矩阵i′x＝(i′1x,i′2x,...,i′nx)t，i′y＝(i′1y,i′2y,...,i′ny)t；基于相关系数法的指标权重为：式中：基于最小偏差法的组合权重法：虽然上述三种权重方法易于实施，但也存在一些缺陷。序关系分析法等主观权重法在很大程度上依赖于专家的经验，因此专家的主观偏好会对权重的确定产生决定性的影响。而客观权重法，如基于熵和相关系数的方法，只根据数据确定指标的权重，实际数据的误差可能导致结果不精确。因此，为了充分考虑基于专家经验的主观权重，并兼顾数据本身的特点，采用最小偏差法确定指标的组合权重：s.t.wj≥0式中wj为采用最小偏差法优化下的指标jth的组合权重。可选的，步骤三所示的基于评价指标权重使用雷达图法对综合管廊的综合效益进行评估，包括：在确定每个指标的组合权重后，通过雷达图法获得综合评价结果，确定每个指标的独立权重和指标之间的相互影响；封闭多边形的面积表示雷达图的综合有效性，面积越大，表示综合管廊评价越好；指标的平衡性通过多边形的周长来测量，周长越短，施工方案就越好，综合管廊的综合评价值可定义为：式中：分子和分母分别是多边形的面积和周长，是建设综合管廊的第i个方案重新排列的第j个指数值，vi是建设综合管廊的第i个方案的综合评价值，w′i为弧度值。vi越大，方案就越好。所述雷达图法的绘制步骤包括：1)按权重值的降序重新排列各指标，重新排列的指标的权重表示为向量；2)绘制单位圆，并从圆心中引出射线，射线与圆的交叉点表示为p1,p2,…,pm，单位圆被划分为m个扇区，第i个扇区的中心角是2πw′i；3)制作每个扇区的角平分线，并根据指标值在角平分线中标记相应的m个点q1,q2,…,qm；4)依次连接点p1，q1，p2，q2，...，pm，qm，即获得雷达图。为了进一步理解本发明，以下以假设的综合管廊建设方法为例，来解释本发明的实际应用。为了证明所提出的综合管廊的综合评价方法的有效性，提供了12个综合管廊方案。经过数据的预处理和标准化后，综合管廊评价的标准化指标列于表1。表1各综合管廊方案的标准化评价指标方案i1i2i3i4i511.00000.80000.60000.64130.407420.00000.60001.00000.57420.740730.60000.60000.00000.30200.703740.20001.00001.00000.77450.000051.00000.00000.60000.66040.407461.00000.60001.00000.60000.481570.20000.60001.00000.62620.703780.60000.80001.00000.00000.963090.00000.80000.60000.30070.4074100.60001.00000.60001.00000.8148110.60000.00000.60000.66311.0000121.00000.60000.00000.66280.3333据此，可以获得标准化评价矩阵。根据每种权重方法的定义，表2中分别给出了每个指标在序关系分析法、熵权法、相关系数法及组合权重法下的权重。从表2可以看出，指数i1具有最小的熵值0.8821，这意味着指标i1可以在公用隧道施工方案的综合评价中提供相对更多的信息，因此i1的权重基于熵方法给出最大值即0.2939。相反，i4具有最大的熵值即0.9458，这意味着该索引可以提供较少的信息，因此i4的权重是由熵方法确定的最小值即0.1352。此外，可以看出i1的基于相关系数的权重是最小的，这意味着i1与其他指标高度相关，因此i1在综合评价中应该较少关注。基于相关系数的i4的权重是最大的，这意味着i4与其他指标的相关性较弱，因此在考虑指标之间的冗余时，i4应该在综合评价中得到更多的关注。通过最小偏差法优化的指标的组合权重也在表2中给出。表2不同方法确定的权重和组合权重的结果12个综合管廊方案的雷达图如图2所示；各方案的综合评估值在表3中给出。表3基于雷达图法的方案综合评价方案.评价结果排名方案评价结果排名10.5643370.5223520.4892780.5301430.41031190.40461240.49786100.6160150.46809110.4780860.58232120.459810从表3可以看出，最好的五个建设方案分别是方案10，6，1，8和7。在施工方案中，最好的是方案10，评估值为0.6160，最差的是方案9，评估值为0.4046。从表1可以看出，方案9的所有五个指标都非常小。此外，从图2(j)中可以看出，方案10的多边形闭合区域即深色区域非常大，并且多边形的周长相对较短。从图2(i)中还可以看出，方案9的多边形闭合区域非常小，并且多边形的周长相对较长。这意味着方案10是一个很好的建设方案，而方案9则不是一个好的建设方案。因此，可以得出结论，综合管廊的综合评价结果是正确的，所提出的综合评价算法对于综合管廊评价是有效的。为了比较所提出的算法与其他算法的有效性，将使用组合权重与雷达图表方法和基于topsis的简单平均权重方法进行对比，结果在表4中给出。表4本发明方法与其他方法的对比从表4可以看出，通过两种算法获得的评估结果几乎相同。它验证了所提算法的正确性。但是，方案2和4的结果是不同的。在基于topsis算法的简单平均赋权法下，方案2获得第6名，方案4获得第7名；而基于本发明提出的算法，方案2获得第7名，方案4获得第6名。从图2(b)和图2(d)中可以看出，两个平面中都存在弱点指数，而图2(d)中深色区域包围的面积大于图2(b)中图的面积。因此，方案4优于方案2的结果是合理的，这说明了本发明所提算法的有效性。上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12